KR102364701B1 - 산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량 투수블록 조성물 - Google Patents

산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량 투수블록 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철강부산물 등의 산업부산물을 다량 이용하여, 압축강도와 투수성을 확보하고 우수한 휨강도와 경량성이 발현되도록 하는 경량 투수블록 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 시멘트 30~40wt% 및 고로슬래그 미분말 60~70wt%가 혼합된 결합재 260㎏/㎥, 표건밀도 2.5~2.8g/㎤, 잔골재 1,200㎏/㎥ 및 물-결합재비 40% 기준에 따라 배합되되, 상기 결합재의 40wt% 이하(0wt% 제외)가 상기 고로슬래그 미분말에서 페로니켈슬래그 미분말로 치환되고, 상기 잔골재 중 20~40vol%는 바텀애쉬 잔골재, 25~80vol%는 인공경량 잔골재이며, 상기 인공경량 잔골재는 석탄회와 준설토를 분쇄·혼합 후 성형·소성·냉각 과정을 거쳐 생산되고, SiO2 65wt% 이상 및 A12O3 16wt% 이상이 함유되고, 흡수율 8~10%, 단위용적중량 1,000~1100㎏/㎥이며, 24~48시간 사전 침지(Pre-wetting)시킨 것이고, 상기 페로니켈슬래그 미분말은 수쇄 페로니켈슬래그를 분말도 3,500~3,600㎠/g로 분쇄한 것이며, 재령 28일 압축강도 30MPa 이상, 휨강도 4.0MPa 이상, 투수계수 0.5㎜/sec 이상 및 단위중량 2㎏/ℓ 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량 투수블록 조성물을 제공한다.

Description

산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량 투수블록 조성물{Hybrid Lightweight Permeable Block Composition Using Industrial By-Products}
본 발명은 철강부산물 등의 산업부산물을 다량 이용하여, 압축강도와 투수성을 확보하고 우수한 휨강도와 경량성이 발현되도록 하는 경량 투수블록 조성물에 관한 것이다.
최근 들어 무분별한 개발과 온실가스 등에 의한 온난화로 지구촌 곳곳에서 이상기후 현상이 빈번히 발생하고 있다. 이러한 이상기후로 인한 이상기온, 태풍, 국지성 폭우 등이 매년 증가하고 있으며 도심지 홍수 피해가 빈번히 발생하고 있다. 도심지 홍수문제는 무분별한 개발로 인해 침투할 수 있는 자연면적이 좁아지고 하수시설이 다량의 빗물을 수용하지 못하는 것이 그 원인이다. 도심지 홍수로 인한 막대한 인적 물적 피해로 정부차원의 노력이 시급하며 해외 선진국의 경우 이를 해결하기 위한 방안의 하나로 투수블록 보급이 활발히 이루어지고 있다.
국내에서도 도심지 홍수 피해문제를 해결하기 위하여 콘크리트 자체적으로 투수가 가능한 투수블록에 대한 관심이 급증하고 있으나, 투수블록 제조시 사용되는 시멘트는 시멘트 1톤 생산시 약 0.9톤의 CO2를 발생시킴으로서 온실가스 발생의 주범중 하나로 지목되고 있다. 최근 전 세계적으로 각종 산업분야에서의 온실가스 감축을 위해 기후변화협약 등 관심과 노력을 기울이고 있으며 국내의 경우에도 정부에서 2030년까지 온실가스 감축목표를 배출전망치 대비 37%로 비교적 높은 수준의 목표를 설정함으로써 국내에서도 건설산업을 비롯한 전 산업분야에서의 온실가스 감축노력이 절실하다고 할 수 있다.
또한, 기존 투수블록의 경우 휨강도 부족에 의한 파손증대, 블록모양 단순, 높은 하중 등의 기능상 한계로 활성화되지 못한 실정이다. 그러나 향후 투수블록의 사용 수요가 증대될 것으로 예상되는 현 시점에서 CO2 저감을 위한 산업부산물의 확대 적용, 투수블록의 강화 및 경량화 등의 특성 확보가 필요할 것으로 예상된다.
1. 등록특허 10-1247707 "페로니켈 슬래그를 포함하는 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재" 2. 등록특허 10-1944249 "페로니켈 슬래그 혼합 시멘트계 결합재, 이를 이용한 시멘트 모르타르 조성물, 시멘트 콘크리트 조성물 및 경량 콘크리트 조성물" 3. 등록특허 10-1948627 "인공경량골재를 포함하는 고강도 경량콘크리트 조성물"
1. 김한솔, 안기용, "페로니켈 슬래그 미분말의 시멘트 페이스트 내 수화특성과 공극 분석", 콘크리트학회논문집 31권 2호, 2019, pp.181~189 2. 김영욱, 이경수, 오태규, 정수빈, 최세진, "페로니켈슬래그 미분말 혼입에 따른 고로슬래그 기반 무시멘트 페이스트의 유동성 및 압축강도 특성", 한국건축시공학회 학술발표대회논문집 19권 1호, 2019. pp.2015~206 3. 김영욱, 김도빈, 최세진, "페로니켈슬래그 미분말을 사용한 모르타르의 응결시간 및 압축강도특성에 관한 실험적 연구", 한국건축시공학회지 18권 6호, 2018, pp.551~558 4. 김영욱, 김도빈, 이동주, 김혜정, 정수빈, 최세진, "페로니켈슬래그 미분말 혼입 모르타르의 압축강도 및 건조수축 특성 평가, 한국건축시공학회 학술발표대회논문집 18권 1호, 2018, pp.93~94
본 발명은 산업부산물을 최대한 활용하면서, 재령 28일 압축강도 30MPa 이상, 휨강도 4.0MPa 이상, 투수계수 0.5㎜/sec 이상 및 2㎏/ℓ 이하의 경량성이 확보되는 경량 투수블록 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 시멘트 30~40wt% 및 고로슬래그 미분말 60~70wt%가 혼합된 결합재 260㎏/㎥, 표건밀도가 2.5~2.8g/㎤이고 조립율이 4.6~4.8인 석회석 잔골재 1,200㎏/㎥ 및 물-결합재비 40% 기준에 따라 배합되되, 상기 결합재의 40wt% 이하(0wt% 제외)가 상기 고로슬래그 미분말에서 페로니켈슬래그 미분말로 치환되고, 상기 석회석 잔골재 중 20~40vol%는 바텀애쉬 잔골재로 치환되고, 상기 석회석 잔골재 중 25~80vol%는 인공경량 잔골재로 치환되며, 상기 인공경량 잔골재는 석탄회와 준설토를 분쇄·혼합 후 성형·소성·냉각 과정을 거쳐 생산되고, SiO2 65wt% 이상 및 A12O3 16wt% 이상이 함유되고, 흡수율 8~10%, 단위용적중량 1,000~1100㎏/㎥이며, 24~48시간 사전 침지(Pre-wetting)시킨 것이고, 상기 페로니켈슬래그 미분말은 수쇄 페로니켈슬래그를 분말도 3,500~3,600㎠/g로 분쇄한 것이며, 재령 28일 압축강도 30MPa 이상, 휨강도 4.0MPa 이상, 투수계수 0.5㎜/sec 이상 및 단위중량 2㎏/ℓ 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량 투수블록 조성물을 제공한다.
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본 발명에서 상기 바텀애쉬 잔골재는 Al2O3 20~25wt% 및 SiO2 50~60wt%가 함유되고, 흡수율 3~10%, 단위용적중량 950~1,100㎏/㎥인 것을 적용할 수 있다.
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본 발명에 따르면 산업부산물 활용율을 높이면서, 투수블록으로서 요구되는 압축강도 및 투수계수를 확보하고, 종래의 투수블록보다 우수한 경량성 및 휨강도가 발현되는 하이브리드형 경량 투수블록을 제조할 수 있다.
본 발명이 제공하는 산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량블록 조성물(이하 '본 발명 조성물')은 결합재 260㎏/㎥, 잔골재 1,200㎏/㎥ 및 물-결합재비 40% 기준에 따라 배합된다.
상기 결합재는 시멘트 30~40wt% 및 고로슬래그 미분말 60~70wt%이 혼합된 것이다. 상기 시멘트는 1종 보통포틀랜드시멘트로서, CaO 64wt% 이상 및 SiO2 17wt% 이상이 함유되고, 비중 3.1~3.2g/㎤, 분말도 3500~3600㎠/g이다.
상기 고로슬래그 미분말은 철강 제조를 위한 고로에서 채취한 고온·용융상태의 슬래그를 냉각시키고 미분쇄함으로써 제조되는, 높은 잠재수경성을 가지는 혼화재료이다. 본 발명에 적용되는 고로슬래그 미분말은 CaO 47wt% 이상 및 SiO2 30wt% 이상이 함유되고, 비중 2.8~3.0g/㎤, 분말도 4,000~6,000㎠/g이다.
한편, 본 발명에서는 상기 결합재의 40wt% 이하(0wt% 제외)를 상기 고로슬래그 미분말에서 페로니켈슬래그 미분말로 치환 적용할 수 있다. 페로니켈슬래그는 스테인레스의 주원료인 니켈 확보를 위한 페로니켈의 용해 및 제련시에 발생하는 부산물이다. 본 발명에서는 상기 페로니켈슬래그는 냉각 방식에 따라 공랭시켜 생산되는 괴재 페로니켈슬래그와 물을 분사하여 급랭시켜 생산되는 수쇄 페로니켈슬래그로 구분되는데, 본 발명에서는 수쇄 페로니켈슬래그를 볼-밀로 분쇄하여 분말도 3,500~3,600㎠/g 수준으로 미분말화한 페로니켈슬래그 미분말을 적용한다. 본 발명에 적용되는 페로니켈슬래그 미분말은 SiO2 48wt% 이상 및 MgO 32wt% 이상이 함유되어 그 화학 조성이 분쇄 전과 다름 없으나 아래 [참고도 1]에 나타난 바와 같이 수쇄 페로니켈 슬래그의 특징인 구형의 입자와 유리질 피막 특징은 나타나지 않는다.
[참고도 1]
Figure 112020030207974-pat00001
상기 골재는 표건밀도 2.5~2.8g/㎤, 조립율 4.6~4.8인 석회석 잔골재를 적용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 잔골재 중 20~40vol%가 바텀애쉬 잔골재로 치환되고, 25~80vol%가 인공경량 잔골재로 치환된다. 상기 바텀애쉬 잔골재와 인공경량 잔골재의 치환율에 따라 잔골재의 단위용적질량은 변화하게 된다.
본 발명에 적용되는 바텀애쉬 잔골재는 Al2O3 20~25wt% 및 SiO2 50~60wt%가 함유되고, 흡수율 3~10%, 단위용적중량 950~1,100㎏/㎥인 것을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 적용되는 인공경량 잔골재는 석탄회와 준설토를 분쇄·혼합 후 성형·소성·냉각 과정을 거쳐 생산되고, SiO2 65wt% 이상 및 A12O3 16wt% 이상이 함유되고, 흡수율 8~10%, 단위용적중량 1,000~1100㎏/㎥이며, 24~48시간 사전 침지(Pre-wetting)시킨 것을 적용할 수 있다.
이하에서는, 여러 가지 시험 결과와 함께 본 발명 조성물의 특징을 상세히 설명하기로 한다. 이하의 시험예에 사용된 시멘트, 고로슬래그 미분말, 페로니켈슬래그 미분말, 석회석 잔골재, 인공경량 잔골재 및 바텀애시 잔골재의 물리·화학적 특성은 전술한 바와 같다.
1. 철강산업부산물 혼입에 따른 페이스트/모르타르 특성 평가
철강산업부산물 혼입에 따른 페이스트 특성을 평가하기 위해 고로슬래그 미분말, 페로니켈슬래그 미분말을 혼입한 페이스트를 제조하여 페이스트의 플로우값을 측정하였다. 고로슬래그 미분말은 시멘트에 대하여 0, 20, 40, 60, 80wt% 대체하였으며, 페로니켈슬래그 미분말의 경우 사전 실험내용을 바탕으로 0, 10, 20, 30, 40wt% 대체하여 실험을 진행하였다.
아래 [표 1]은 본 실험의 실험수준 및 실험요인을 나타낸 것으로 물-결합재비(W/B)는 50%로 고정하였으며 시험체의 양생은 40℃ 고온양생을 진행하였다.
Figure 112020030207974-pat00002
아래 [그래프 1]은 고로슬래그미분말 대체율에 따른 페이스트 플로우 변화를 나타낸 것으로 고로슬래그 미분말 대체율 40wt%까지는 플로우값이 증가하였으며 60wt% 이상 대체할 경우 플로우값은 감소하는 것으로 나타났다. 페로니켈 슬래그 미분말 대체율에 따른 페이스트 플로우변화는 [그래프 2]에 나타낸 바와 같이 대체율이 높아질수록 플로우값은 다소 높게 나타났다.
[그래프 1]
Figure 112020030207974-pat00003
[그래프 2]
Figure 112020030207974-pat00004
[그래프 3]에 나타난 바와 같이 시멘트만을 사용한 plain 배합의 경우 재령 7일의 압축강도는 약 49MPa로 나타났으며 고로슬래그 미분말을 20, 40wt% 치환 적용한 BFS20 및 BFS40 배합에서는 약 40MPa로 Plain 배합보다 약 18% 적은 압축강도를 나타내었다. 재령 28일의 경우 고로슬래그 미분말은 혼입한 BFS20 및 BFS40 시험체에서는 약 55~58MPa의 압축강도를 나타내었으며 Plain과 유사한 압축강도를 발현하였다. 대체적으로 고로슬래그 미분말을 60wt% 치환 적용한 BFS60 배합에서는 약 10%, BFS80 배합에서는 약 40% 정도 낮은 압축강도를 나타내었는데 이는 고로슬래그 미분말의 대체율이 높아질수록 고로슬래그의 2차 반응성을 유도하는 시멘트의 양이 적어져 나타나는 현상으로 사료되며 또한 고로슬래그 대량 혼입 배합을 고려할 때 재령 28일 이후의 압축강도는 보다 높아질 것으로 예상된다.
[그래프 3]
Figure 112020030207974-pat00005
[그래프 4]는 페로니켈슬래그 미분말 대체율에 따른 양생온도별 페이스트의 압축강도 변화를 나타낸 것으로 페로니켈 슬래그 미분말 혼입률이 높아질수록 대체적으로 적은 압축강도를 발현하였다. 페로니켈 슬래그 미분말을 10wt% 대체한 시험체에서는 시멘트만 사용한 배합보다 다소 높은 압축강도를 발현하였으나 20wt% 이상 대체한 시험체에서는 낮은 압축강도가 발현되었다.
[그래프 4]
Figure 112020030207974-pat00006
철강산업부산물 혼입에 따른 모르타르 특성을 평가하기 위해 고로슬래그 미분말 및 페로니켈 슬래그 미분말을 혼입한 모르타르를 제조하였다. 철강산업부산물의 혼입율은 단위시멘트량 340kg/㎥에 대해 15wt% 혼입하여 실험을 진행하였다.
50×50×50mm 모르타르 시험체를 20℃ 수중양생하였으며, 모르타르 플로우 및 재령 7, 28, 56일 압축강도를 측정하였다. [표 2]는 철강산업부산물 대체에 따른 콘크리트 배합표를 나타낸 것이며 실험은 콘크리트 배합에서 굵은골재를 제외한 모르타르 실험을 실시하였다.
[표 2]
Figure 112020030207974-pat00007
[그래프 5]는 철강산업부산물 대체율에 따른 모르타르 플로우 변화를 나타낸 것으로 시멘트만 사용한 C100배합의 플로우값은 약 195mm로 나타났으며 고로슬래그 미분말을 15wt% 치환 혼입한 BFS15배합에서는 220mm, 페로니켈슬래그 미분말을 15wt% 치환 혼입한 FN15배합에서는 195mm의 플로우값을 나타내어 C100배합에 비해 동등 이상의 플로우값을 나타내었다.
[그래프 5]
Figure 112020030207974-pat00008
철강산업부산물 대체율에 따른 모르타르 압축강도 변화는 [그래프 6]에 나타난 바와 같이 재령 7일의 경우 C100배합에서 33.10MPa로 가장 높은 압축강도를 발현하였으며 FN15 및 BFS15배합에서는 약 29MPa 수준의 압축강도가 발현되었다. 재령 28일의 경우 BFS15배합에서 39.28MPa로 나타나 시멘트 단독으로 사용한 C100 배합과 유사한 압축강도가 나타났다. FN15배합의 경우 31.80MPa로 나타나 C100 및 BFS15배합에 비해 약 20%정도 낮은 압축강도가 발현되었다. 또한 재령 56일 압축강도의 경우 재령 28일과 마찬가지로 FN15배합에서 가장 낮은 압축강도가 나타났다.
[그래프 6]
Figure 112020030207974-pat00009
[그래프 7]은 철강산업부산물 혼입률에 따른 모르타르의 건조수축변화를 나타낸 것으로 고로슬래그 미분말을 사용한 BFS15배합의 경우 0.208%의 건조수축을 나타내어 C100배합(0.200%)보다 높은 건조수축을 나타내었으며 FN15배합의 경우 0.183% 수준으로 나타나 가장 낮은 건조수축특성을 나타내었다.
[그래프 7]
Figure 112020030207974-pat00010
2. 인공경량 잔골재 흡수율에 따른 모르타르 평가
전술한 인공경량 잔골재의 Pre-wetting시간에 따른 모르타르 특성을 평가하였다. [표 3]은 실험의 모르타르 배합표를 나타낸 것으로 인공경량 잔골재를 사용한 배합에 대해 Pre-wetting 시간을 0, 24, 48시간으로 조절하여 실험을 진행하였다. 양생은 40℃ 고온양생으로 진행하였다.
[표 3]
Figure 112020030207974-pat00011
[그래프 8]은 Pre-wetting 시간에 따른 경량모르타르의 플로우 변화를 나타낸 것으로 Pre-wetting 시간이 경과함에 따라 플로우값은 다소 감소하는 것으로 나타난다. 특히 Pre-wetting을 하지 않은 배합과 24시간 Pre-wetting한 배합에서 플로우값의 차이가 크게 나타난다.
[그래프 8]
Figure 112020030207974-pat00012
Pre-wetting 시간에 따른 경량모르타르의 압축강도 변화는 [그래프 9]에 나타낸 바와 같이 인공경량 잔골재를 24시간 침지시킨 C100-24h, C40-24h 시험체의 압축강도가 약 59MPa, 57MPa 수준으로 가장 높은 압축강도를 발현하였으며 48시간 침지시킨 C100-48h, C40-48h 시험체의 압축강도가 약 52, 55MPa 수준으로 침지시키지 않은 배합보다 상대적으로 높은 압축강도를 나타내었다.
[그래프 9]
Figure 112020030207974-pat00013
Pre-wetting 시간에 따른 경량모르타르의 건조수축 변화는 [그래프 10]에 나타낸 바와 같이 C100 및 C40 배합 모두 재령 21일 부근까지 길이변화의 기울기가 급격하고 이후 완만한 기울기를 나타내었다. 대체적으로 침지시키지 않은 인공경량 잔골재를 사용한 0h배합에서 가장 높은 수축률을 나타내었으며 인공경량 잔골재 침지시간이 길어질수록 적은 수축률을 나타내었다. 특히 Pre-wetting을 하지않은 0h배합과 24시간 Pre-wetting을 진행한 24h 배합의 건조수축 차이가 높게 나타나 적어도 24시간이상의 Pre-wetting이 필요할 것으로 사료된다.
[그래프 10]
Figure 112020030207974-pat00014
상기 인공경량 잔골재를 석회석 잔골재의 용적에 대해 0, 20, 40, 60, 80, 100% 대체하였으며 고로슬래그 미분말을 단위 시멘트량에 대해 60wt% 대체한 모르타르에 대해 실험을 진행하였다. 상기 인공경량 잔골재의 높은 흡수율로 인해 인공경량골재의 흡수율에 해당하는 물을 단위수량에 추가하여 배합수에 골재를 24시간 동안 침지한 Pre-wetting과정을 거쳐 실험을 진행하였다. 실험에 사용한 배합은 [표 4]에 나타내었으며 굵은골재를 제외한 모르타르 실험을 진행하였다.
Figure 112020030207974-pat00015
[그래프 11]은 인공경량 잔골재 대체율에 따른 모르타르 플로우 변화를 나타낸 것으로 인공경량 잔골재의 대체율이 높아질수록 높은 플로우값을 나타내는 점이 확인된다. 이는 경량잔골재의 Prewetting 과정에 따라 보정된 단위수량에 의해 나타난 결과로 사료된다.
[그래프 11]
Figure 112020030207974-pat00016
인공경량 잔골재 대체율에 따른 압축강도 변화는 [그래프 12]에 나타낸 바와 같이 인공경량 잔골재를 사용한 시험체의 경우 일반 잔골재를 사용한 시험체에 대해 동등 이상의 압축강도를 나타내었다. 인공경량 잔골재를 100% 사용한 LS100의 경우 LS0보다 약 10% 작은 압축강도를 나타내었으나 소요의 강도를 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
[그래프 12]
Figure 112020030207974-pat00017
[그래프 13]은 인공경량 잔골재 대체율에 따른 모르타르의 기건단위질량을 나타낸 것으로 LS0에서는 2.18kg/L, LS100은 1.78kg/L의 기건단위 질량이 나타나 약 20%의 기건단위질량 감소를 나타내었다.
[그래프 13]
Figure 112020030207974-pat00018
3. 경량 투수블록 성능 평가
[표 5]는 투수블록 배합표를 나타낸 것으로, 기존에 사용되고 있는 투수블록 배합에서 기존 투수블록 잔골재 대신 상기 인공경량 잔골재를 0, 25, 50, 75, 100vol% 대체하여 실험을 진행하였으며 상기 인공경량 잔골재의 Pre-wetting시간은 24시간으로 진행하였다. 고로슬래그 미분말 혼입률은 60%로 선정하여 실험을 진행하였다. 시험체 제작 시 공장제품과 유사하게 제작하기 위하여 진동테이블을 이용하여 약 5초 간 진동·압입하여 시험체를 성형하였으며 시험체의 양생은 40℃고온양생을 진행하였고, 재령 7일, 14일 압축강도 및 기건단위질량을 측정하였다.
Figure 112020030207974-pat00019
[그래프 14]는 인공경량 잔골재 대체율에 따른 투수블록의 압축강도 변화를 나타낸 것으로 인공경량 잔골재를 사용하지 않은 LS0배합에서는 약 33MPa의 압축강도를 나타내었으며 인공경량 잔골재를 사용한 LS25~LS100배합에서는 약 24~25MPa의 유사한 압축강도가 발현되었다.
[그래프 14]
Figure 112020030207974-pat00020
인공경량 잔골재를 사용한 투수블록의 기건단위질량 변화는 [그래프 15]에 나타낸 바와 같이 인공경량 잔골재 대체율이 증가할수록 기건단위질량은 선형적으로 낮아지는 것으로 나타났다. 특히 인공경량 잔골재를 100vol% 사용한 LS100(1504kg/L)배합에서 LS0(2112kg/L)배합 보다 기건단위질량이 30% 적게 나타났다. 모르타르 실험결과에서는 LS100배합에서 20% 적은 기건단위질량을 나타내었으나 단위골재의 양이 비교적 많은 투수블록 배합에서는 30%의 기건단위질량 저감효과를 나타내어 투수블록 배합에 인공경량 잔골재를 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
[그래프 15]
Figure 112020030207974-pat00021
바텀애쉬를 경량 투수블록 골재로의 사용 가능성 평가를 위해 바텀애쉬 잔골재 혼입율에 따른 경량 투수블록 성능 실험을 진행하였다. [표 6]은 바텀애쉬 잔골재 혼입 배합표를 나타낸 것으로, 기존 투수블록 배합에 바텀애쉬 잔골재를 잔골재 용적의 0, 20, 40, 60% 대체하여 실험을 진행하였으며 배합의 결합재는 친환경성 측면에서 고로슬래그 미분말을 60wt% 혼입하여 실험을 진행하였다.
Figure 112020030207974-pat00022
시험체 제작 시 공장제품과 유사하게 제작하기 위하여 진동테이블을 이용하여 7~10초간 진동·압입하여 시험체를 성형하였으며 시험체의 양생은 40℃ 고온양생을 진행하고, 재령 7일, 14일 압축강도, 휨강도 및 기건단위질량을 측정하였다.
[그래프 16]은 바텀애쉬 잔골재 대체율에 따른 투수블록의 압축강도 변화를 나타낸 것으로 재령 14일 기준 바텀애쉬 잔골재를 사용하지 않은 BA0배합에서는 약 33MPa 수준의 압축강도가 발현됨에 반해 바텀애쉬 잔골재를 20, 40vol% 혼입한 BA20 및 BA40배합에서는 약 37~38MPa 수준의 압축강도를 나타내어 BA0배합보다 압축강도가 약 13~17% 높게 나타났다. BA60 배합의 경우는 BA0배합보다 다소 낮은 압축강도가 발현되었다.
[그래프 16]
Figure 112020030207974-pat00023
바텀애쉬 잔골재를 사용한 투수블록의 휨강도는 [그래프 17]에 나타낸 바와 같이 5.2~5.7MPa 수준으로 유사하게 나타났다. BA20 및 BA40 배합의 경우 바텀애쉬를 사용하지 않은 BA0 배합에 비해 동등 이상의 휨강도가 나타났으며 BA60 배합의 경우 다소 낮은 휨강도가 나타났다.
[그래프 17]
Figure 112020030207974-pat00024
[그래프 18]은 바텀애쉬 잔골재를 사용한 투수블록의 기건단위질량 변화를 나타낸 것으로 바텀애쉬 잔골재를 혼입함에 따라 기건단위질량은 선형적으로 낮아지는 것으로 나타났다. BA0 배합에 비해 BA40 배합에서는 약 15% 정도의 기건단위질량 감소를 나타내었으며 BA60 배합에서는 기건단위질량이 약 25% 감소하는 것으로 나타났다.
4. 하이브리드형 경량 투수블록 성능 평가
본 발명 조성물은 결합재 2600㎏/㎥, 잔골재 1,200㎏/㎥ 및 물-결합재비 40% 기준에 따라 배합된 것으로서, 시멘트, 고로슬래그 미분말 및 페로니켈슬래그 미분말을 혼합하여 결합재로 적용하고, 석회석 잔골재, 인공경량 잔골재 및 바텀애시 잔골재를 혼합하여 잔골재로 적용한 것이다.
이 경우, 상기 결합재는 시멘트 30~40wt%, 고로슬래그 미분말 60~70wt%를 혼합하거나, 시멘트 30~40wt%, 고로슬래그 미분말 20~70wt% 및 페로니켈슬래그 미분말 40wt% 이하(0wt% 제외)를 혼합하여 구성하고, 상기 잔골재는 석회석 잔골재 기반으로 바텀애쉬 잔골재 20~40vol% 및 인공경량 잔골재 25~80vol%가 치환 혼합된 것을 적용할 수 있다.
위와 같은 범위의 조성물로 250×125×60㎜ 크기의 경량 투수블록 시제품을 제조하고 KS F 4419 "보차도용 콘크리트 인터로킹 블록"에 명시된 투수성 시험 기준에 의하여 [참고도 2]와 같이 시험을 진행한 결과 시제품의 투수계수는 목표 투수계수 0.5㎜/sec 이상을 만족하는 것으로 나타났다.
[참고도 2]
Figure 112020030207974-pat00025
상기 시제품의 휨강도는 [참고도 3]에 나타난 바와 같이 KS F 4419 "보차도용 콘크리트 인터로킹 블록"에 명시된 휨강도 기준에 의하여 시험을 진행하여 자체 휨강도 측정 결과 4.34MPa, 공인시험기관 시험 결과 5.20MPa로 두 측정데이터 모두 목표 휨강도 4.0MPa을 상회하였다.
[참고도 3]
Figure 112020030207974-pat00026
또한, [참고도 4]에 나타난 바와 같이, 기존 투수블록의 단위중량은 2.20㎏/ℓ 수준으로 나타났으나, 상기 시제품의 단위중량은 1.73㎏/ℓ로 나타나 기존 제품 대비 약 79.3% 수준의 경량성이 나타나며, 목표 단위중량 2㎏/ℓ 이하가 충족되었다.

Claims (5)

  1. 시멘트 30~40wt% 및 고로슬래그 미분말 60~70wt%가 혼합된 결합재 260㎏/㎥, 표건밀도가 2.5~2.8g/㎤이고 조립율이 4.6~4.8인 석회석 잔골재 1,200㎏/㎥ 및 물-결합재비 40% 기준에 따라 배합되되,
    상기 결합재의 40wt% 이하(0wt% 제외)가 상기 고로슬래그 미분말에서 페로니켈슬래그 미분말로 치환되고,
    상기 석회석 잔골재 중 20~40vol%는 바텀애쉬 잔골재로 치환되고, 상기 석회석 잔골재 중 25~80vol%는 인공경량 잔골재로 치환되며,
    상기 인공경량 잔골재는 석탄회와 준설토를 분쇄·혼합 후 성형·소성·냉각 과정을 거쳐 생산되고, SiO2 65wt% 이상 및 A12O3 16wt% 이상이 함유되고, 흡수율 8~10%, 단위용적중량 1,000~1100㎏/㎥이며, 24~48시간 사전 침지(Pre-wetting)시킨 것이고,
    상기 페로니켈슬래그 미분말은 수쇄 페로니켈슬래그를 분말도 3,500~3,600㎠/g로 분쇄한 것이며,
    재령 28일 압축강도 30MPa 이상, 휨강도 4.0MPa 이상, 투수계수 0.5㎜/sec 이상 및 단위중량 2㎏/ℓ 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량 투수블록 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 바텀애쉬 잔골재는 Al2O3 20~25wt% 및 SiO2 50~60wt%가 함유되고, 흡수율 3~10%, 단위용적중량 950~1,100㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 하이브리드형 경량 투수블록 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
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